Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu chế tạo kit thử dạng bột, hạn chế tối đa dung dịch, sử dụng dụng cụ phân tích đơn giản để xác định lượng vết amoni, nitrit và nitrat trong nước ngay tại hiện trường bằng cách kết hợp với máy đo quang cầm tay.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẶNG THỊ TRANG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO KIT THỬ ĐỊNH LƯỢNG AMONI, NITRIT VÀ NITRAT TRONG NƯỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ĐẶNG THỊ TRANG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO KIT THỬ ĐỊNH LƯỢNG AMONI, NITRIT VÀ NITRAT TRONG NƯỚC Chun ngành: Hóa Phân Tích Mã số: 60440118 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI H ƯỚNG DẪN KHOA H ỌC: TS. Nguyễn Thị Kim Thường Hà Nội – 201 LỜI CẢM ƠN Luận văn được hồn thành tại phòng thí nghiệm Hóa Phân Tích, khoa Hóa Học, trường Đại học Khoa học Tự Nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội Với lòng biết ơn sâu sắc tơi xin gửi lời cảm ơn tới TS.Nguyễn Thị Kim Thường và PGS.TS Tạ Thị Thảo đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tơi trong suốt q trình thực hiện đề tài và viết luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ kinh phí của đề tài nghiên cứu khoa học và phát triển cơng nghệ cấp thành phố Hà Nội: “Nghiên cứu chế tạo thiết bị đo quang cầm tay kết hợp với kit thử để phân tích nhanh lượng vết amoni, nitrit và nitrat trong nước tại hiện trường”, mã số: 01C 02/0520142 Tơi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cơ giáo giảng dạy tại khoa Hố Học, trường Đại học Khoa học Tự Nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội, đ ặc biệt là các thầy cơ trong bộ mơn Hố Phân tích đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành bản luận văn này Cuối cùng tơi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè đã ln động viên, chia sẻ trong suốt q trình thực hiện luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Học viên Đặng Thị Trang MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 3 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 23 MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3 1.1 Giới thiệu chung nitrit, nitrat amoni 1.1.1. Tính chất lí, hóa học của nitrit, nitrat và amoni 3 1.1.1.1 Tính chất lí, hóa học nitrit 1.1.2. Độc tính của nitrit và nitrat và amoni 6 Bảng 1.1: Giới hạn cho phép hàm lượng amoni, nitrit và nitrat trong nước 7 1.1.3. Chu trình sinh hóa của Nitơ trong mơi trường 8 1.2 Các phương pháp phân tích nitrit, nitrat amoni phòng thí nghiệm 1.2.1. Phương pháp phân tích thể tích và trọng lượng 9 1.2.1.1 Xác định nitrit 1.2.1.2 Xác định nitrat .10 1.2.1.3 Xác định amoni .10 1.2.2. Phương pháp trắc quang 11 1.2.2.1. Xác định nitrit 11 1.2.2.2 Xác định nitrat .13 1.2.2.3 Xác định amoni .17 1.2.3. Các phương pháp khác 20 1.2.3.1 Xác định nitrit 20 1.2.3.2 Xác định nitrat .21 1.2.3.3 Xác định amoni .22 1.3 Các phương pháp phân tích nhanh amoni, nitrit nitrat 24 1.3.1.Chế tạo thiết bị đo quang nhỏ gọn 24 1.3.2. Các bộ test kit hiện có xác định amoni, nitrit và nitrat 26 1.3.2.1 Xác định nitrit 26 1.3.2.2 Xác định nitrat .27 1.3.2.3 Xác định amoni .28 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 30 2.1 Hóa chất, dụng cụ thiết bị 30 2.1.1. Hóa chất 30 2.1.2. Dụng cụ, thiết bị 32 2.3 Phương pháp nghiên cứu .33 2.3.1. Phương pháp trắc quang xác định nitrit bằng thuốc thử Griess 33 2.3.2. Phương pháp khử nitrat thành nitrit 34 2.3.3. Phư ơng pháp trắc quang xác định NH4+ bằng thuốc thử thymol 34 2.3.4. Phương pháp nghiên cứu chế tạo kit thử 35 2.3.5. Nghiên cứu ứng dụng kit thử phân tích tại hiện trường sử dụng máy đo quang cầm tay 35 2.4 Phương pháp thí nghiệm xử lý số liệu .35 3.1 Nghiên cứu chế tạo kit thử định lượng nitrit 36 3.1.1. Nghiên cứu tìm điều kiện tối ưu xác định NO2 trong phòng thí nghiệm 36 3.1.1.1 Phổ hấp thụ phức màu 36 3.1.1.2 Ảnh hưởng pH đến độ hấp thụ quang 37 Bảng 3.1: Ảnh hưởng của pH đến độ hấp thụ quang của phức màu xác định nitrit 38 3.1.1.3 Ảnh hưởng lượng thuốc thử Griees đến độ hấp thụ quang 38 Bảng 3.2 : Ảnh hưởng của hàm lượng thuốc thử đến độ hấp thụ quang xác định nitrit 39 3.1.1.4 Ảnh hưởng thứ tự thêm thuốc thử đến độ hấp thụ quang 39 Bảng 3.3: Ảnh hưởng của thứ tự thêm thuốc thử đến độ hấp thụ quang xác định nitrit 40 3.1.1.5 Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ thời gian tới độ ổn định màu phức 40 Bảng 3.4: Ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian tới độ hấp thụ quang xác định nitrit 41 3.1.1.6 Khảo sát ảnh hưởng ion cản trở đến độ hấp thụ quang 42 Bảng 3.5 :Ảnh hưởng của ion cản trở đến độ hấp thụ quang xác định nitrit 43 3.1.1.7 Khoảng tuyến tính đường chuẩn xác định nitrit 43 Bảng 3.6: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ NO2 44 Hình 3.6: Đường chuẩn xác định nitrit với thuốc thử Griess 45 3.1.2. Nghiên cứu chế tạo kit thử định lượng nitrit 45 3.1.2.1 Xây dựng thành phần kit thử nitrit 46 3.1.2.2 Khảo sát khả sử dụng axit oxalic làm môi trường phản ứng 46 Bảng 3.7: Khảo sát khả năng khử của axit oxalic đối với nitrat 46 3.1.2.3 Khảo sát thời gian ổn định màu phức sử dụng kit thử 47 Bảng 3.8: Ảnh hưởng của thời gian đến độ hấp thụ quang của phức màu azo 47 3.1.2.4 Khảo sát khoảng tuyến tính xây dựng đường chuẩn xác định nitrit sử dụng kit thử 48 Bảng 3.9: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ NO2 48 Bảng 3.10: Độ hấp thụ quang của mẫu trắng khi xác định nitrit 49 3.1.2.5 Nghiên cứu thay pipet bình định mức dụng cụ trường (xy lanh, ống fancol) 50 Bảng 3.11: Kết quả phân tích nitrit trong mẫu nước bằng dụng cụ PTN và dụng cụ hiện trường 50 3.1.2.6 So sánh sai khác nồng độ dung dịch mẫu sử dụng quy trình phòng thí nghiệm phân tích trường xác định nitrit 50 Bảng 3.12: Kết quả đo mẫu xác định nitrit bằng quy trình PTN và hiện trường 51 3.1.2.7 Đánh giá độ xác phép phân tích dùng kit thử nitrit .51 Bảng 3.13: Đánh giá độ lặp lại của phép đo với dung dịch chuẩn khi sử dụng kit thử nitrit 51 Bảng 3.14: Đánh giá độ lặp lại của phép đo với mẫu thực khi sử dụng kit thử nitrit 52 Bảng 3.15. Kết quả phân tích mẫu thực tế đánh giá độ đúng của phương pháp phân tích nitrit . 52 3.1.2.8 Khảo sát độ bền kit thử nitrit 53 Bảng 3.16: Độ bền của hỗn hợp kit nitrit theo thời gian 54 3.2 Nghiên cứu chế tạo kit thử định lượng nitrat sở kit nitrit 55 3.2.1. Ảnh hưởng của hàm lượng chất khử đến độ hấp thụ quang 55 Bảng 3.17: Ảnh hưởng của hàm lượng chất khử đến độ hấp thụ quang xác định nitrat 56 3.2.2. Ảnh hưởng của môi trường khử đến độ hấp thụ quang 57 Bảng 3.18: Ảnh hưởng của nồng độ NH4Cl đến khả năng khử NO3 thành NO2 57 3.2.3. Ảnh hưởng thời gian khử đến độ hấp thụ quang 58 Bảng 3.19: Ảnh hưởng thời gian đến hiệu suất khử nitrat 59 3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của các ion cản trở đến độ hấp thụ quang 60 Bảng 3.20: Ảnh hưởng của ion cản trở đến độ hấp thụ quang xác định nitrat 61 3.2.5. Khoảng tuyến tính và đường chuẩn xác định nitrat khi khơng có nitrit 61 Bảng 3.21: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ nitrat 62 3.2.6. Đường chuẩn NO2 khi có và khơng có mặt chất khử 64 Bảng 3.22: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ nitrit trong mơi trường khử 64 3.2.7. Đánh giá độ chính xác của phép đo khi dung kit thử nitrat 66 Bảng 3.23. Đánh giá độ lặp lại của phép đo với dung dịch chuẩn dùng kit thử NO3 66 Bảng 3.24. Đánh giá độ lặp lại của phép đo với mẫu thực dùng kit thử nitrat 68 Bảng 3.25. Kết quả phân tích mẫu thực tế đánh giá độ đúng của phương pháp phân tích nitrat . 68 Bảng 3.26: Độ bền của hỗn hợp kit nitrat theo thời gian 69 Hình 3.17: Đồ thị đảm bảo chất lượng (QC) về độ bền của hỗn hợp kit nitrat theo thời gian . 70 3.3 Nghiên cứu chế tạo kit thử định lượng amoni 70 3.3.1. Nghiên cứu tìm điều kiện tối ưu xác định NH4+ trong phòng thí nghiệm 70 3.3.1.1 Phổ hấp thụ hợp chất indothymol 70 3.3.1.2 Khảo sát thời gian ổn định màu phức 71 Bảng 3.27: Ảnh hưởng của thời gian đến độ hấp thụ quang của phức màu indothymol 72 3.3.1.3 Ảnh hưởng pH đến độ hấp thụ quang 72 Bảng 3.28: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào pH khi xác định amoni 73 3.3.1.4 Ảnh hưởng lượng thuốc thử thymol 3% đến độ hấp thụ quang 73 Bảng 3.29: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang xác định amoni vào lượng thymol 74 3.3.1.5 Ảnh hưởng xúc tác natri nitropussiat đến độ hấp thụ quang 74 Bảng 3.30: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang xác định amoni vào natri nitroprussiat 75 3.3.1.6 Ảnh hưởng lượng NaClO tới độ hấp thụ quang 75 Bảng 3.31: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang xác định amoni vào lượng NaClO 0,5% 76 3.3.1.7 Khảo sát ảnh hưởng ion cản trở đến độ hấp thụ quang 77 Bảng 3.32: Ảnh hưởng của ion cản trở đến độ hấp thụ quang xác định amoni 78 3.3.1.8 Khảo sát khoảng tuyến tính xây dựng đường chuẩn xác định amoni 79 Bảng 3.33: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào nồng độ NH4+N 79 3.3.2. Nghiên cứu chế tạo kit thử định lượng amoni 80 3.3.2.1 Xây dựng thành phần kit thử amoni .81 3.3.2.2 Khảo sát thời gian ổn định màu phức sử dụng kit thử 81 Bảng 3.34: Ảnh hưởng của thời gian đến độ hấp thụ quang của phức màu indothymol 82 3.3.2.3 Khảo sát khoảng tuyến tính xây dựng đường chuẩn xác định amoni sử dụng kit thử 82 Bảng 3.35: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào C NH4+N khi dùng kit thử 83 Bảng 3.36: Kết quả phân tích amoni trong PTN và ngồi hiện trường 84 3.3.2.5 Đánh giá độ xác phép đo dùng kit thử 85 Bảng 3.37: Đánh giá độ lặp lại với dung dịch tiêu chuẩn khi sử dụng kit thử amoni 85 Bảng 3.38: Đánh giá độ lặp lại với mẫu thực khi sử dụng kit thử amoni 86 Bảng 3.39. Kết quả phân tích mẫu thực tế đánh giá độ đúng của phương pháp phân tích amoni 86 Để đánh giá độ bền của kit amoni chúng tơi tiến hành khảo sát sự tạo phức màu của NH4+ 1,0 ppm với kit thử ở các thời gian khác nhau. Lấy vào bình định mức 10,00 ml: 1,00 ml dung dịch chuẩn NH4+ 10,00ppm,thêm 0,4 ml kit dung dịch A, 0,2 rắn B lắc cho tan hết, định mức đến vạch bằng nước cất. Sau 5 phút đem đo độ hấp thụ quang tại bước sóng 693 nm, với mẫu trắng làm dung dịch so sánh Kết quả được trình bày trong bảng 3.40 và được biểu diễn trên hình 3.29: 87 Bảng 3.40: Độ bền của hỗn hợp kit amoni theo thời gian 88 3.4 Quy trình sử dụng kit thử amoni, nitrit nitrat 89 Hình 3.30: Kit thử nitrit và hướng dẫn sử dụng 89 Hình 3.31: Kit thử nitrat và hướng dẫn sử dụng 90 Hình 3.32: Kit thử amoni và hướng dẫn sử dụng 90 3.5 Ứng dụng kit thử phân tích mẫu thực tế 91 3.5.1. Nghiên cứu ứng dụng kit thử cho máy cầm tay thương mại 91 Bảng 3.41: Xác định nitrit mẫu tự tạo máy UV – VIS 1650 PC DPM – MT 91 Hình 3.33 : Xác định nitrit trong mẫu tự tạo trên máy UV – VIS 1650 PC và DPM – MT 91 Bảng 3.42: Xác định nitrat mẫu tự tạo máy UV – VIS 1650 PC DPM – MT 92 Hình 3.34: Xác định nitrat trong mẫu tự tạo bằng trên máy UV – VIS 1650 PC và DPM – MT 92 Bảng 3.43: Xác định nitrit mẫu tự tạo có mặt chất khử máy UV – VIS 1650 PC DPM – MT .92 Hình 3.35: Xác định nitrit trong mẫu tự tạo có mặt chất khử trên máy UV – VIS 1650 PC và DPM – MT 93 Bảng 3.44: Xác định amoni trong mẫu tự tạo trên máy UV – VIS 1650 PC và DPM – MT 93 Hình 3.36 : Xác định amoni mẫu tự tạo máy UV – VIS 1650 PC DPM – MT 94 3.5.2. Ứng dụng phân tích 94 3.5.2.1 Phân tích nitrit 94 Bảng 3.45: Kết đo mẫu thực với kit thử nitrit 95 3.5.2.2 Phân tích nitrat 95 Bảng 3.46: Kết quả đo mẫu thực với kit thử nitrat 96 Bảng 3.47: Kết đo amoni mẫu thực 97 KẾT LUẬN 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 PHỤ LỤC: Quy trình sử dụng kit thử amoni, nitrit và nitrat DANH MỤC BẢNG LỜI CẢM ƠN 3 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 23 MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3 1.1 Giới thiệu chung nitrit, nitrat amoni 1.1.1. Tính chất lí, hóa học của nitrit, nitrat và amoni 3 1.1.1.1 Tính chất lí, hóa học nitrit 1.1.2. Độc tính của nitrit và nitrat và amoni 6 Bảng 1.1: Giới hạn cho phép hàm lượng amoni, nitrit và nitrat trong nước 7 1.1.3. Chu trình sinh hóa của Nitơ trong mơi trường 8 1.2 Các phương pháp phân tích nitrit, nitrat amoni phòng thí nghiệm 1.2.1. Phương pháp phân tích thể tích và trọng lượng 9 1.2.1.1 Xác định nitrit 1.2.1.2 Xác định nitrat .10 1.2.1.3 Xác định amoni .10 1.2.2. Phương pháp trắc quang 11 1.2.2.1. Xác định nitrit 11 1.2.2.2 Xác định nitrat .13 1.2.2.3 Xác định amoni .17 1.2.3. Các phương pháp khác 20 1.2.3.1 Xác định nitrit 20 1.2.3.2 Xác định nitrat .21 1.2.3.3 Xác định amoni .22 1.3 Các phương pháp phân tích nhanh amoni, nitrit nitrat 24 1.3.1.Chế tạo thiết bị đo quang nhỏ gọn 24 1.3.2. Các bộ test kit hiện có xác định amoni, nitrit và nitrat 26 1.3.2.1 Xác định nitrit 26 1.3.2.2 Xác định nitrat .27 1.3.2.3 Xác định amoni .28 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 30 2.1 Hóa chất, dụng cụ thiết bị 30 vậy các giá trị trung bình hàm lượng NH 4+ trong khoảng thời gian khảo sát vẫn nằm trong giới hạn quyết định, đặc trưng cho khoảng tin cậy của giá trị trung bình chung. Nói cách khác kit thử nitrat bền trong thời gian khảo sát Kết quả cho thấy các điểm chỉ giá trị trung bình của các mẫu thống kê nằm trong giới hạn quyết định. Nói cách khác kit thử amoni bền trong khoảng thời gian khảo sát 3.4. Quy trình sử dụng kit thử amoni, nitrit và nitrat Hình 3.30: Kit thử nitrit và hướng dẫn sử dụng 89 Hình 3.31: Kit thử nitrat và hướng dẫn sử dụng Hình 3.32: Kit thử amoni và hướng dẫn sử dụng 90 3.5. Ứng dụng kit thử phân tích mẫu thực tế 3.5.1. Nghiên cứu ứng dụng kit thử cho máy cầm tay thương mại Sử dụng kit thử để phân tích các mẫu trên hai máy UV – VIS 1650 PC và máy DPM – MT. Cách tiến hành: Dùng mẫu tự tạo có các nồng độ amoni, nitrit và nitrat khác nhau. Tiến hành đo các mẫu với kit thử định lượng tương tự như khi xây dựng đường chuẩn trên hai máy UV – VIS 1650 PC và máy DPM – MT. Kết quả thu được như sau: Bảng 3.41: Xác định nitrit trong mẫu tự tạo trên máy UV – VIS 1650 PC và DPM – MT CNO2 UVVIS (ppm) 0,041 0,086 0,131 0,176 0,227 0,278 CNO2 DPMMT (ppm) 0,038 0,087 0,121 0,177 0,210 0,254 0.25 Y =A + B* X 0.20 Thông số Giá trị Sai số -A -0.00276 0.00331 B 1.08914 0.02179 0.15 - CNO2 (UV-VI S) 0.30 0.10 0.05 0.00 0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 CNO2 (DPM-MT) R SD N P -0.999 0.0049